Limitaciones y fuentes de errores comunes de la Ecuación de Balance de Materiales

En otros de mis artículos traté del uso y alcances de la Ecuación de Balance de Materiales en la ingeniería de yacimientos. De manera resumida este principio de balance de materia se usa para determinar los volúmenes originales de gas y petróleo en sitio, si no se tiene conocimiento de datos sobre el influjo de agua (en caso de que lo haya dentro del yacimiento) entonces la ecuación también puede usarse para tal fin así como para las estimaciones de las presiones del yacimiento a medida que se está en producción.

La principal falla de la ecuación es que como en muchos otros casos y técnicas aplicadas en la ingeniería se basa en suposiciones ideales que generalmente no ocurren en la realidad, la principal suposición ideal en la Ecuación de Balance de Materiales plantea un equilibrio total e instantáneo entre las fases que están dentro del yacimiento lo cual no ocurre de esa manera, lo que origina limitaciones en los cálculos obtenidos y mas aun son una advertencia que invita a tener cuidado con el uso de los resultados que de este método se puedan obtener.

De los aspectos que ameritan especial cuidado al aplicar la EBM las siguientes son los más importantes:

1. Supersaturación de los hidrocarburos líquidos del yacimiento

En estos casos se presenta una diferencia entre los volúmenes de gas en solución con el petróleo Rs reales y los que se estimarán con el uso de la ecuación, esto se debe a que cuando se produce la disminución de presión dentro del yacimiento que contiene liquido saturado con gas, este último sale de la solución pero en cantidades menores a las esperadas lo que violaría el balance de equilibrio que supone la EBM y se presentaría una situación “anormal”.

El principal efecto que causa esta situación es una diferencia entre las presiones reales dentro del yacimiento y las presiones que se calcularían con el equilibrio de materia porque la ecuación está tomando en cuenta las presiones teóricas que ejercerían las moléculas del gas en estado libre pero que en realidad tal volumen de gas no está dentro del yacimiento y no está ejerciendo entonces la presión esperada.


2. Datos PVT erróneos

La data PVT que se usa en la Ecuación de Balance de Materiales, en especial para los parámetros Bo, Bg y Rs, deben estar acordes a los cambios de presiones que se presentan dentro del yacimiento porque tales parámetros son funciones directas de la presión, esto recobra importancia si se tiene en cuenta que dentro del yacimiento la producción se lleva a cabo por procesos de vaporización instantánea, diferencial e incluso mixta, lo que representa para cada caso el cambio de los parámetros PVT y un tratamiento especial para cada uno.

Si los datos con los que se trabaja la ecuación no representan de la manera más fiel posible los procesos que en el yacimiento se están presentando entonces lógicamente los resultados que se deriven de tales datos estarán muy alejados de la realidad.


3. Presión promedio del yacimiento

Esta es una de las suposiciones en donde la ecuación presenta más problemas porque al decir que el yacimiento se comporta como un tanque en donde todo dentro de él está en equilibrio y bajo las mismas condiciones se está afirmando entonces que la totalidad de los hidrocarburos dentro del sistema están todos a la misma presión.

El problema que se presenta entonces con la EBM es que esta debe usar presiones que representen de la manera mas fiel posible presiones promedios que en un momento determinado de la vida del yacimiento se adapten mas a la realidad. Esto no es tarea sencilla porque el cálculo de presiones conlleva a una serie de errores derivados de las técnicas y aparatos que se usen para determinarlas, aspectos como la precisión del equipo que se use para tomar las presiones, el uso de presiones saturadas, y el uso de presiones individuales de pozos productores hacen que promediar este parámetro no sea sencillo.


4. Errores en la determinación de los volúmenes de fluidos producidos

En este aspecto se tienen una de las fuentes de errores más comunes, en especial cuando se tiene una configuración de yacimiento subsaturado en donde si se tienen errores de este tipo entonces las estimaciones de N y We tendrán valores muy elevados.


5. Grandes casquetes de gas, acuíferos muy activos y su influencia en los cambios de presión

La presión y sus cambios en el yacimiento constituyen el factor más importante la EBM porque de estos cambios se derivan otros cambios como los de la expansión de la roca y fluidos que no son cambios muy importantes, y también cambios en los factores Bo, Bg, y Rs que si son significativos. Si en el yacimiento hay un casquete de gas lo suficientemente grande, o un acuífero muy activo, las presiones a medida que se producen fluidos no variaran mucho, lo que hace que el uso de la ecuación sea muy difícil porque entonces se necesitaría una precisión muy importante en los datos PVT calculados en el laboratorio, lo cual como vimos anteriormente no es fácil.


6. Petróleo activo

Para este aspecto la falla se presenta en la suposición inicial de que el yacimiento al ser un sistema homogéneo (por conveniencia) reparte en todo su extensión y por igual los efectos de las presiones que hayan dentro de él, en ciertas circunstancias esta suposición tiene muy poca validez porque las configuraciones y dimensiones del yacimiento hacen que en ciertas zonas, y por ende a ciertos volúmenes de hidrocarburos, no les llegue el efecto de los cambios en la presión, ya sea porque el yacimiento es muy grande, porque los efectos de la producción no son los suficientemente significativos para que alcancen todas las zonas del yacimiento, o porque las características propias de la roca impiden que tales efectos se repartan de la manera mas uniforme posible. Cualquiera sea el caso que ocurra, se presentan en el yacimiento dos tipos de petróleo, el activo y el inactivo, uno que está sometido a los cambios y efectos de las presiones y el otro que no, respectivamente.

En los yacimientos donde los volúmenes de petróleo inactivo son muy importantes se notará entonces una gran diferencia entre los volúmenes de petróleo original en sitio calculados por métodos volumétricos que los mismos volúmenes calculados por medio de la Ecuación de Balance de Materiales porque esta última técnica solo toma en cuenta como petróleo en sitio aquel que está bajo los efectos de los cambio de presión, es decir, la EBM solo calcula los volúmenes de petróleo activo como petróleo en sitio, despreciando los volúmenes de petróleo inactivo.

Bibliografia: Yacimientos de Hidrocarburos. tomo I, de Efrain E. Barberii y Martin Essenfeld.